Bagi semua ahli biologi sel yang mempunyai satu sel permintaan ringkas yang dilengkapi dengan rasuk laser mini frickin - pasukan Harvard sebenarnya telah berjaya melakukannya. Keupayaan untuk mengarahkan laser kecil ke pelayaran yang hebat di dalam badan boleh membolehkan aplikasi perubatan, daripada menyampaikan ubat untuk menjejaki pertumbuhan tumor.
Kandungan Terkait
- Untuk memadamkan Junk Space, Tembak Ia Dengan Laser
- Gelombang bunyi boleh membantu mencari sel-sel kanser yang elusif
"Kami berharap dapat menggunakan sel sebagai mesin biologi, yang diprogramkan oleh DNA di dalam, yang dapat menyampaikan laser ke sasaran, " jelas Seok-Hyun (Andy) Yun dari Sekolah Perubatan Harvard.
Cahaya digunakan untuk melihat sel dalam dengan instrumen seperti endoskopi sel tunggal, tetapi penggunaannya terhad kepada lokasi yang lebih mudah seperti kulit, kerana cahaya tidak menembusi dengan baik ke tisu yang lebih dalam. Menambah pewarna fluoresen dan protein ke sel boleh membantu para saintis melihat dan memeriksa mereka lebih jauh di dalam badan. Tetapi prosedur itu menghasilkan spektrum pelepasan yang luas, yang boleh membuat sukar untuk memilih data khusus sel daripada semua pelepasan latar belakang yang dihasilkan oleh molekul dalam tisu biologi.
Masukkan microlaser, yang mungkin memberikan cara jauh lebih tepat dan menembusi ke imej, memantau dan mungkin juga membantu sel-sel hidup.
"Kami mahu mencipta semula laser untuk aplikasi perubatan, " kata Yun. "Alih-alih meminjam laser yang telah diciptakan oleh industri untuk pelbagai sebab lain, kami telah membuatnya dengan bahan biologi, dan sangat kecil, jadi ia boleh diimplan atau disuntik ke dalam badan dengan sedikit masalah untuk melakukan aplikasi berasaskan cahaya di mana ia tidak praktikal untuk menyampaikan cahaya. "
Laser biasa merangsang atom supaya mereka memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu, kemudian memantul cahaya antara sepasang cermin untuk menguatkan kesannya. Salah satu cermin adalah sebahagiannya telus, yang membolehkan beberapa cahaya melarikan diri dalam rasuk sempit-iaitu laser. Kunci untuk membina laser di dalam sel adalah mewujudkan sebuah mikroresonator optikal - versi miniatur persediaan ini yang mengurung cahaya supaya ia beredar di dalam lingkungan yang kecil, di mana ia terperangkap oleh pembiasan di permukaan sfera.
Pasukan Yun melakukan ini dalam dua cara yang berbeza. Versi lembut dibuat dengan menyuntikkan sedikit minyak atau lipid lemak semulajadi bercampur dengan pewarna neon ke sel. Versi keras menggunakan manik polistirena neon sebaliknya. Dalam setiap kes, seluruh sel teruja dengan denyut nanosecond yang menghasilkan cahaya, yang kemudian menjadi terperangkap di dalam lingkungan.
"Ia seperti ketika berada di dalam bilik kosong dan kekerapan suara tertentu bergema, " jelas Yun. "Tetapi jika ruangan itu diperas, jika bentuk dan saiz berubah, kekerapan resonan juga akan berubah. Kami melakukan perkara yang sama, pada dasarnya, dengan skala kekerapan optik. Cahaya tertentu mendapat resonasikan dan, kerana ia mengedarkan rongga, ia akan diperkuat dan akhirnya menjadi output laser. "
Ketepatan yang keterlaluan dari output itu adalah satu perkara yang menjadikan laser kecil begitu menjanjikan. Versi titisan lembut bertukar menjadi sangat ringan apabila berada di bawah tekanan, dan ubah bentuk itu membuat perubahan ketara dalam spektrum pelepasan laser, sehingga perubahan minit dalam sel dapat direkodkan dengan terperinci. Begitu juga pasukan boleh menghasilkan laser dengan panjang gelombang yang berbeza dengan menukar saiz manik-manik keras yang membolehkan mereka menjadi kod warna unik sel individu dan berpotensi menandakan beribu-ribu sel yang berbeza dalam satu tisu tunggal, menurut penyelidikan yang diterbitkan minggu ini di Nature Photonics .
Imej konfok sel lemak tunggal menunjukkan tetesan lipid besar (oren) dan nukleus sel kecil (biru). Titisan lipid dalam sel boleh digunakan sebagai laser semulajadi. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Serat optik dimasukkan ke dalam sekeping kulit babi untuk merangsang cahaya laser yang dihasilkan oleh sel-sel lemak subkutan. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Imej confocal menunjukkan sel (hijau), nukleus mereka (biru) dan titisan minyak yang disuntik (merah) yang berfungsi sebagai laser deformable dalam sel-sel. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Sejumlah sel mengandungi laser (hijau), yang boleh digunakan untuk menanda ribuan sel unik. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) Sel hidup adalah mekanisme penghantaran yang ideal untuk mendapatkan microlasers ini di mana mereka boleh melakukan yang paling baik. Sebagai contoh, sel-sel imun boleh disasarkan untuk bertindak balas kepada masalah tertentu, jadi mereka boleh menyampaikan laser untuk mengikat dengan tumor atau lokasi penyakit lain. Setelah berada di tempat, cahaya laser yang ditala dengan halus dapat melakukan sejumlah aplikasi.
"Puncak spektrum laser sangat sensitif terhadap persekitaran setempat, dan anda boleh merekabentuk laser sehingga ia merasakan biomarker tertentu dan mengubah panjang gelombang output ketika mereka berubah bahkan dalam pergeseran kecil, " kata Yun. Ini bermakna laser boleh memberikan maklumat terperinci mengenai permukaan sel, hormon dan juga pengeluaran protein sel. Laser juga boleh digunakan untuk menandai sel individu dan dengan itu melukis gambaran yang lebih terperinci tentang bagaimana objek yang lebih besar, seperti tumor, berubah dari masa ke masa.
"Anda dapat melihat dengan tepat di mana sel-sel individu masuk ke dalam badan, yang mana metastasize lebih awal daripada yang lain, dan mengkaji pertumbuhan penyusutan tumor pada tahap sel individu, " kata Yun.
Mungkin yang paling menjanjikan semua adalah berpotensi untuk tidak hanya memantau aspek kesihatan manusia tetapi untuk secara aktif memperbaiki mereka, dia menambah: "Sel-sel yang dilengkapi laser ini juga berpotensi dimuatkan dengan dadah yang diaktifkan ringan dan dihantar ke lokasi tertentu, di mana mereka boleh digunakan untuk membunuh tumor, sebagai contoh. "
